大型離心泵系統壓力脈動與水力激振特性研究

大型離心泵廣泛應用於跨流域調水、大型農業灌溉、城市給排水、火力發電和其他能源化工等領域。本項目以離心泵為研究對象，以模型試驗、原型測試和數值計算為基本手段，以揭示壓力脈動機理和描述水力激振特徵為主要目標，研究離心泵壓力脈動與葉輪型式、來流條件、空化狀態、運行工況等因素的關係，把握離心泵壓力脈動所誘發的水力振動傳播規律，完善離心泵壓力脈動、水力激振計算模型和仿真方法，編制壓力脈動、轉子動力學特性及疲勞可靠性預測軟件，構建離心泵壓力脈動及系統安全穩定運行評價體系，為降低大型離心泵系統壓力脈動、改善結構振動特性、增強運行穩定性，提供科學依據。

針對大型離心泵普遍存在的壓力脈動和水力激振問題，採用理論分析、模型試驗、原型測試和數值計算相結合的手段，對離心泵壓力脈動與水力激振的影響因素、分佈規律、計算方法和控制措施進行了深入研究。建立了用於離心泵旋轉湍流瞬態分析的動態混合非線性SGS模型，發展了集URANS和LES為一體的離心泵壓力脈動計算模型及相應的數值解法，為準確評估離心泵在不同工況的壓力脈動提供了一種有效手段；建立了壓力脈動與葉輪型式、運行工況、來流條件、空化狀態等因素之間的關係，獲得了雙吸離心泵和單吸離心泵兩類典型泵站的壓力脈動頻譜特徵及時空分佈規律；構建了瞬態流固耦合分析模型、壓力脈動載荷作用模型、流體場和結構場載荷置換模型，並用所建立的模型開展了離心泵瞬態流固耦合分析，得到了離心泵在不同壓力脈動載荷作用下的結構振動、葉片疲勞特性等結果，實現了在較高精度下的大型離心泵水力激振特性預測；探索了原型泵與模型泵之間的壓力脈動相似關係、結構振動相似關係，揭示了壓力脈動所引起的水力激振傳播機理，給出了基於交替加載技術的減輕離心泵壓力脈動與結構振動的途徑。所取得的研究成果為改善離心泵水力設計、提高運行穩定性奠定了基礎。 ^[1]